工程力学ppt第1章.ppt

1.6 液体的相变 三态界限 T＝t+273 p 三态界限 T＝t+273 p 固态 液态 气态 三态界限 T＝t+273 p 固态 液态 气态 （T，p） （T，p‘） 液体的沸腾 三态界限 T＝t+273 p 固态 液态 气态 （T，p） （T’，p） 液体的沸腾 （T，p‘） 液体的汽化 1.1 液体的基本性质及连续介质的概念 1.2 液体的密度和容重 1.3 液体的粘滞性 1.4 液体的压缩性和膨胀性 1.5 液体的表面张力 1.6 液体的相变 1.7 作用于液体上的力 0-5 作用于液体上的力 1. 表面力 作用于液体表面，并与作用面的表面积 成正比的力为表面力。例如，压力，粘滞力等。 1. 表面力 表面力的大小可用总作用力表示，也常用 单位面积上所受的表面力表示（即应力）。 若表面力和作用面垂直，此切应力称为压应力 或压强，若表面力和作用面平行，则此应力称 为切应力。 2 质量力 作用于也液体每一部分质量上， 其大小和液体的质量成正比的力。 例如，重力、惯性力等。 在均质液体中，质量和体积是 成正比的，所以，质量力又称为体积力。 2 质量力 质量力除用总作用力表示外，也常用 单位质量力度量 单位质量力： 作用在单位质量液体上的质量力 若一质量为M 的均质液体，作用于其上的总质量为 F， 则单位质量力 f 为 在三个坐标方向的投影为 式中：FX，FY，FZ 为总质量力在三个坐标方向的投影； X， Y， Z 为单位质量力在三个坐标方向的投影， 或 x，y，z 方向的单位质量力。 f = F/M = (Fx ,Fy,Fz)/ M 例如 在重力作用下的液体 X ＝ Y ＝ 0， Z ＝-g； 在旋转（常角速度）容器中的单位质量力 X＝xω2 ；Y＝yω2；Z＝-g 1．粘滞性： 当液体质点（液层）间存在相对运动时， 则液体质点（液层）间产生 这种性质称液体粘滞性，此内摩擦力称为粘滞力。 内摩擦力抵抗其相对运动（液体连续变形） 或 液体在相对运动状态下抵抗剪切变形的能力 因： 液体质点（液层）间存在相对运动（快慢） 果：质点间（液层）间存在内摩擦力 （ 1 ）方向 ：与该液层相对运动速度方向相反 （ 2 ）大小 ：由牛顿内摩擦定律决定 2．牛顿内摩擦定律： 根据前人的科学实验研究， 与液层之间的流速差成正比， 液层接触面上产生的内摩擦力（单位面积上）大小， 与两液层距离成反比，同时与液体的性质有关。 试验成果写成表达式为 2．牛顿内摩擦定律 写成等式则为 牛顿内摩擦定律 式中，μ为液体的动力粘滞系数 τ为切应力，方向与作用面平行 du dy 为流速梯度，y为垂直于流速方向 指向相对运动方向相反 τAB τBA uAB A B uBA u δ y u+du y τ u d y u 流速分布曲线 切应力方向判断 适用条件：牛顿流体（Newtonian fluid） 图 牛顿流体的适用条件 τ0 du/dy τ μ 1 牛顿流体 理想宾汉流体 伪塑性流体 膨胀性流体 泥浆，血液等 尼龙，橡胶的溶液 生面团，浓淀粉等 固体的变形 从另一个角度分析流速梯度 液体的变形 下面证明液体的流速梯度即为液体的剪切变形速度 图 微元水体运动的示意 dudt u+du u y τ u d y d y dθ 故 （0-8） 故 相邻液层之间所产生的切应力与剪切变形速度成正比， 所以, 液体的粘滞性可视为液体抵抗剪切变形的特性 剪切变形越大，所产生内摩擦力越大， 对相对运动液层抵抗越大 3．粘滞系数 ： 反映不同液体对内摩擦力的影响系数。 动力粘滞系数 μ 量纲：[F.T.L-2] 单位： N·s·m-2 ＝Pa·s 有时候用: poise(泊) = dyne ·s·cm-2 1 poise = 0.1 N·s·m-2 运动粘滞系数 量纲：[L2T-1] 单位： m2·s-1 有时候用: cm2·s-1 1 cm2·s-1 = 1 stokes = 0.0001 m2·s-1 ν＝ μ/ρ 同一种液体中， 粘滞系数( μ ν ) 随压力和温度变化， 但是随压力变化甚微，对温度变化较为敏感。 对于水，可采用下列经验公式 式中，t ℃水温度，为stokes；ν（cm2/s) 下图给出了水和空气的粘滞系数随温度变化曲线。 图 水和